一文讀懂共享單車的核心技術原理
共享單車已經成為了中國新四大發明之一，被輸往了世界上很多城市。在我看來，雖然共享單車的實現并不復雜，其實質是一個典型的“物聯網+互聯網”應用。應用的一邊是車（物）、另一邊是用戶（人），通過云端的控制來向用戶提供單車租賃服務。
一.共享單車的“云端應用”
1.云計算基礎平臺
共享單車的云端應用，是一個建立在云計算之上的大規模雙向實時應用。云計算一方面能夠保證共享單車應用的快速部署和高擴展性，另一方面能夠應付大規模高并發場景，滿足百萬級數量的連接需要。（例如摩拜的云服務是建立在微軟的Azure公有云服務平臺之上）
2.數據資產
云端應用需要采集、存儲并管理兩類關鍵數據：
a.單車數據（物聯網特性的資產數據：包括單車的通信連接狀態、車鎖狀態、使用記錄等），單車數據由智能鎖通過通信模塊和SIM卡，經過電信運營商的網絡以及運營商的物聯網平臺，上傳到共享單車的服務平臺；
b.用戶數據（互聯網特性的用戶數據：除了用戶基本信息、消費記錄、用戶賬戶和征信信息等，還包括用戶的行為數據：騎行的路徑和位置信息）。正如此文開頭所述，共享單車是“物聯網+互聯網”應用，所以企業資產（單車）和用戶數據是共享單車企業的核心資產。
3.平臺服務
由于共享單車一方面涉及海量的物聯網數據、用戶數據的管理，另一方面又要隨時跟進用戶需求而做功能開發和優化，所以應用之下會先構建平臺服務（PaaS）。配備平臺服務層，一方面能夠使得應用承載百萬量級的高并發數據流，另一方面又能做到資源和能力的動態調配、功能的靈活開發。
所以，摩拜不僅使用了微軟的基礎云服務（Azure），還使用了微軟的平臺服務（PaaS），包括物“Azure-Iot”平臺服務、Dynamics 、CRM、客戶關系管理服務、以及基于機器學習的預測分析功能等。
二.共享單車的“智能鎖”
從摩拜1代的短信解鎖和OFO 1代的手動機械解鎖，到如今的藍牙解鎖、電子圍欄、預約等新增的功能應用，智能鎖關鍵、基礎的功能已經逐漸確定下來，各家智能鎖的差異已經不大了。目前，智能鎖基本都是由控制、通信、感知、執行、供電等幾大類模塊組成。
主要的模塊功能如下：
控制芯片(單片機)：智能鎖系統的控制中樞，整體負責通信、車鎖控制和狀態信息收集。
移動通信芯片(Modem)：內置電信運營商的Sim卡，負責與云端應用后臺進行通信。
藍牙通信模塊：主要是用于連接用戶手機并實現解鎖、也與電子圍欄的應用實現有關。
GPS通信模塊：物理定位功能
車鎖的傳感器：感知車鎖的開、關狀態，并將車鎖狀態信息向控制芯片上報。
車鎖的執行器：控制芯片通過執行器對車鎖進行開、關操作。
蜂鳴器：用于異常狀態的發聲告警
電源模塊：電池、充電模塊（芯片）、充電裝置（太陽能電池板；電機和測速傳感器等）
共享單車應用，其實就是通過“單車-云端-用戶手機”之間的信息傳遞來完成的，其中最關鍵的是解閉智能鎖的過程。目前，最新的“GPS定位+藍牙”解鎖和還車模式已經比較普遍。
藍牙模式解鎖流程：
1. 手機先掃單車上二維碼，而后向云端發起解鎖請求（請求中會攜帶掃碼單車的ID信息及用戶個人賬號信息）。云端對用戶信息、單車信息進行核查，而后將授權信息發送給手機。（步驟1、2）
2. 用戶通過手機藍牙接口將解鎖指令和授權信息傳遞給單車的智能鎖，智能鎖核驗授權信息后解鎖，并將解鎖成功的信息通知手機。（步驟3、4）
3. 手機將解鎖成功的信息回復給云端，云端開始給用戶計費。（步驟5、6）
4. 在用戶騎行過程中，單車和手機APP會將各自的GPS定位信息上報云端應用。（步驟7）
藍牙模式鎖車、還車流程：
1. 用戶鎖車后，由智能鎖通過藍牙通知手機：“還車成功”。（步驟1）
2. 手機隨即通知云端“還車成功”，云端將費用結算信息會送給手機和用戶。（步驟2、3）
3. 智能鎖在用戶還車后將位置信息的上報。（步驟4）
采用藍牙的方式，實現手機對智能鎖的解閉，能夠減少智能鎖的通信量（通信資費）和耗電量。不過采用藍牙方式，穩定性和兼容性不能夠完全保證。所以傳統的、比較耗電的解鎖方式（手動密碼解鎖、GSM短信或GPRS流量解鎖）往往還是會被保留，作為備選。
短信或流量方式的解鎖流程（具備GPS功能）：
1. 手機先掃單車上二維碼，而后向云端發起解鎖請求。（步驟1）
2. 云端完成對用戶和單車的信息核查，并將解鎖指令發送給單車智能鎖，智能鎖開啟后向云端回復“解鎖成功”。（備注：部分共享單車在解鎖信息上報過程中，智能鎖會把下一次解鎖的密碼或秘鑰也一并上報給云端）（步驟2、3）
3. 云端通知用戶手機，并開始計費。（步驟4）
4. 在用戶騎行過程中，單車和手機APP會將各自的GPS定位信息上報云端應用。（步驟5）
短信或流量方式的鎖車、還車流程：
1. 用戶鎖車后，由智能鎖通知云端：“還車成功”。（步驟1）
2. 云端隨即通知用戶手機并進行費用結算。（步驟2）
3. 智能鎖在用戶還車后將位置信息的上報。（步驟3）
三.共享單車迭代的步伐不止
從整體來看，共享單車“端-云-用戶”三位一體的應用架構并不復雜，但從行業輿論對共享單車各方面的爭論和點評來看，似乎共享單車的應用又要比純正的互聯網應用更復雜一些。其實，復雜就復雜在了對車的管理上。因為單車不再是屬于用戶的終端設備（例如手機、平板電腦）了，而是摩拜、OFO們的企業資產。
既然單車是最重要資產，就需要花心思去管理（在單車管理上，目前主要是關注：耗電、連接、零件故障、位置、使用頻率）。對單車的有效管理和用戶體驗有極大的正相關關系，單車企業對其資產（車）管理的手段和技術必然會不斷迭代和進步。
所以，如今的智能鎖都會配備GPS定位的功能，以方便企業獲取單車位置和移動路徑；智能鎖再帶上藍牙解鎖的功能，減少運營商網絡的通信流量和連接的不確定性，同時還能更省電；
單車企業跟進電信運營商推銷的NB-Iot網絡接入方案，一方面降低智能鎖通信的耗電量，另一方面增加連接可靠性，更利于資產的狀態跟蹤；研發、測試、試運行各種電子圍欄的解決方案，配合市政要求解決單車在公共場所亂停放的問題；此外，還有研發更高效穩定的供電方式、向用戶提供故障反饋頁面等等。
除了“玩車”外，單車企業還需要結合用戶行為的大數據分析，來提升單車的使用頻率。例如，工作日早晚發生的用戶潮汐效應，即大量用戶早上“涌灌”到工業園區，晚上下班“回流”到居民區所形成一種規律的“人口遷移”現象。
單車企業就需要考慮如何調度單車，以迎合用戶集中的出行需求，以提高資產（單車）使用率。
未來智能實驗室致力于研究互聯網與人工智能未來發展趨勢，觀察評估人工智能發展水平，由互聯網進化論作者，計算機博士劉鋒與中國科學院虛擬經濟與數據科學研究中心石勇、劉穎教授創建。
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原文標題：共享單車技術含量，一篇文章全說透了！
文章出處：【微信號：AItists，微信公眾號：人工智能學家】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。
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